開放性、綠色化有機化學實驗教學內(nèi)容的優(yōu)化與實踐

李秋蓮，萬 宏，劉 嵩

（華中科技大學 化學與化工學院，武漢 430074）

開放性、綠色化有機化學實驗教學內(nèi)容的優(yōu)化與實踐

李秋蓮，萬 宏，劉 嵩

（華中科技大學 化學與化工學院，武漢 430074）

為了提高有機化學教學質(zhì)量，該文在有機化學實驗教學中合理安排多步驟合成實驗、選用綠色催化劑、在綜合實驗中增加廢液回收利用設計以及進行微量合成等綠色化教學方面進行了有益的探索和實踐。同時，開放實驗教學內(nèi)容的優(yōu)化和開放實驗選課平臺的建立為綠色化教學的實施提供了支持。有機化學實驗綠色化的實施不但減少了環(huán)境污染，強化了學生的環(huán)保意識，而且提高了學生的學習興趣、綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，達到了良好的教學效果。

有機化學實驗；教學內(nèi)容；綠色化；開放性

有機化學實驗是大學有機化學教學的重要組成部分，也是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的重要組成部分。綠色化是21世紀實驗室建設和實驗教學工作的方向和目標，實驗教學環(huán)節(jié)也成為培養(yǎng)學生綠色環(huán)保理念的第一重要環(huán)節(jié)［1-3］。為了提高教學質(zhì)量、在實驗教學過程中滲透綠色化學思想，華中科技大學化學與化工學院化學實驗中心不斷加大實驗教學投入，在有機開放實驗和綠色化實驗的教學內(nèi)容和方法上做了一些有益的探索和實踐。

1 有機化學實驗的綠色化設計和實施

1.1 優(yōu)化實驗項目，合理安排多步合成實驗

在開設制備合成實驗當中，我們根據(jù)教材上的實驗內(nèi)容［4-5］，進行實驗整合。成一組大實驗，例如:苯甲酸→苯甲酸乙酯→三苯甲醇→三苯基氯甲烷→三苯基自由基。第一次實驗是為下次實驗合成原料，一旦上一次實驗失敗則下一個實驗就無法進行，所以必須保證每一步都成功，才能得到最終的目標產(chǎn)物。這種多步驟實驗提高了實驗要求，學生必須認真對待實驗的每個環(huán)節(jié)，充分調(diào)動了學生做實驗的積極性，學生的綜合實驗能力得到提高。多步合成實驗的開設節(jié)約了原料，減少了污染，減少了回收產(chǎn)品量，從而降低了環(huán)境污染，符合綠色化教學的要求。

1.2 選擇綠色催化劑

我們在實驗教學中引入綠色實驗技術(shù)手段，實現(xiàn)了環(huán)己烯綠色合成的半微量化教學［6-10］。在環(huán)己烯合成中，以強酸性樹脂代替濃硫酸。環(huán)己烯的合成實驗通常采用濃H2SO4和H3PO4做催化劑脫水制得。使用濃H2SO4或者H3PO4作催化劑副產(chǎn)物多、易碳化，產(chǎn)生毒氣SO2，實驗后的殘渣和殘液對環(huán)境污染大。我們使用了732強酸性陽離子交換樹脂作為催化劑制備環(huán)己烯，催化劑用量1.0 g，反應時間1 h。實驗操作方便、后處理工藝簡單，無三廢污染，產(chǎn)品收率（46）和純度較高（94），而且催化劑可重復使用多次、回收利用方便。我們分別用3種催化劑進行了合成環(huán)己烯的實驗，通過比較強化了學生的環(huán)保意識，養(yǎng)成良好的科學實驗習慣，讓學生了解綠色化學，樹立起綠色意識。環(huán)己烯綠色合成實驗每年有400多人受益，大大減少了使用濃酸造成的安全隱患和環(huán)境污染。改進后的實驗方法具有催化劑用量少、可回收利用，實驗微型化、操作方便，污染少等優(yōu)點。實驗的應用效果獲得了學生的一致好評。

1.3 在綜合實驗中增加廢液回收利用設計的環(huán)節(jié)

在綜合設計性實驗中增加可利用廢試劑回收的步驟，對實驗中產(chǎn)生的用量較大、污染輕的廢液進行回收處理，并作為實驗成績考核的一部分。在快速層析法提純乙酰基二茂鐵中要用到較大量的乙醚石油醚；在安全玻璃夾層用聚乙烯醇縮丁醛樹脂的合成綜合實驗中用到較大量的甲醇做溶劑和洗滌產(chǎn)物，讓學生設計對乙醚石油醚和甲醇進行回收的步驟，并提交回收的產(chǎn)品。這樣既減少了試劑原料的用量也減少了有機廢液的排放，使產(chǎn)生的廢溶劑循環(huán)利用，同時也減少了廢液的后處理費用。使學生樹立環(huán)保意識，用自己的實際行動踐行綠色低碳理念。

1.4 減少試劑用量，實現(xiàn)微量合成

一鍋法合成甲基橙的實驗中，原料二甲基苯胺和亞硝酸鈉都有一定的毒性，我們采用一鍋法微量合成，用量少、現(xiàn)象明顯。將0.25 g無水對氨基苯磺酸和1.25g二甲基苯胺置于5 ml燒杯中，再加入2 ml 95乙醇，在不斷攪拌下慢慢滴加0.5 ml 20的亞硝酸鈉，控制溫度不超過25℃，冰水浴中靜置可得到甲基橙粗產(chǎn)品。從原料用量上減少了對環(huán)境的污染。

2 開放性實驗內(nèi)容更加豐富

在開放實驗教學中，超聲波、微波等新技術(shù)以及多種合成方法實驗的引進，讓開放實驗內(nèi)容更加豐富、更有吸引力。

1）實驗項目和內(nèi)容系列化和相關(guān)性增強。我們開展了不同醚的合成比較，醚的沸點低、易揮發(fā)，適合在氣溫較低的情況下進行。我們把乙醚、甲基叔丁基醚、正丁醚作為開放實驗的內(nèi)容，讓學生掌握不同的醚在合成方法上的不同，能夠根據(jù)醚的沸點及分子結(jié)構(gòu)選擇正確的合成路線。2）利用微波技術(shù)合成二苯乙二酮，既減少了試劑用量，又縮短了實驗時間，讓學生體驗到了新技術(shù)、新方法在有機合成實驗中的優(yōu)越性。3）在二苯甲醇的合成實驗中，我們提供了兩種合成方法，學生可以選擇其中一種感興趣的方法進行實驗，也可以兩種方法都嘗試一下，增加了實驗的靈活性，對學生的實驗技能提升也有一定的幫助。

3 有機開放實驗教學體系的建立

開放實驗選課平臺的建立［11］，為開放實驗提供了技術(shù)支持?；瘜W實驗中心建立有自己的網(wǎng)頁，學生在網(wǎng)上可以進行實驗大綱的預習，實驗教案的預習等。實驗教案帶有flash課件，學生可以很直觀地對實驗目的、實驗原理、實驗操作步驟和思考題進行預習。有機化學實驗教學承擔了全校理、醫(yī)、工科不同專業(yè)幾百名學生有機化學實驗教學任務，年教學人時數(shù)達6萬。我們把綠色合成實驗和優(yōu)化后的實驗應用到開放教學當中，豐富了開放實驗教學內(nèi)容，收到了良好的教學效果。

4 結(jié)束語

綠色化有機實驗的實施和有機化學開放實驗教學內(nèi)容的優(yōu)化，豐富了學生的理論知識體系，調(diào)動了學生的積極性，提高了學生的實驗興趣。綠色化合成實驗和微量化、半微量化實驗的開設不但減少了環(huán)境污染，強化了學生的環(huán)保意識，同時提高了學生的學習興趣，提高了學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，從而提高了有機化學實驗教學質(zhì)量。有機化學開放實驗教學體系的建立為綠色化教學的實施提供了支持，綠色化有機實驗的開發(fā)又豐富了開放實驗的教學內(nèi)容，二者相互促進。

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［4］周井炎.基礎(chǔ)化學實驗［M］.2版.武漢:華中科技大學出版社，2008.

［5］曾紹瓊，曾和平.有機化學實驗［M］.3版.北京:高等教育出版社，2000.

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［9］王文云，徐紹芳，周錦蘭，等.綠色化無機化學實驗的應用與推廣［J］.實驗室科學，2009（6）:165-167.

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［11］徐紹芳，王宏，聶進.化學實驗多層次開放模式的探索［J］.實驗室研究與探索，2007，26（12）: 151-153.

Optimization and Practice of the Teaching Contents for the Open and Green Organic Chemistry Experiments

LI Qiulian，WAN Hong，LIU Song
（Department of Chemistry and Chemical Engineer，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China）

Some useful explorations and practices in green organic chemistry experiment have been carried out to improve the teaching quality.These measures include reasonable arrangement of multi-step synthesis experiments，using green catalysts，designing of the waste recycle，and micro-experiment.The optimization of contents and establishment of the course selection platform for open experiment have provided supports for greenization teaching.As a result，practices of green teaching in organic chemistry experiment enhance the students’environmental awareness，comprehensive quality and creative ability.

organic chemistry；experimental teaching；greenization；openness

G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.05.046

2015-07-09；修改日期：2015-09-15

李秋蓮（1979-），女，碩士，工程師，主要從事有機化學實驗教學與研究。